D0I:10.13374/i.issnl001t03.2007.04010 第29卷第4期 北京科技大学学报 Vol.29 No.4 2007年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2007 UCMW轧机的边缘降控制性能和影响因素分析 周晓敏)张清东王长松)吴平2) 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)宝钢股份公司冷轧厂，上海200940 摘要建立了UCMW冷连轧机辊系与轧件一体化仿真模型.由工作辊弯辊、中间辊弯辊、工作辊轴向移位、中间辊轴向移 位确定不同仿真工况，分析了各调控手段对带钢中心凸度和边缘降的调控能力·详细研究了带钢厚度、张力、压下率、变形抗 力等对边缘降的影响·结果表明，工作辊弯辊对带钢中心凸度的控制能力最强，工作辊轴向移位对带钢边缘降的控制能力最 强，各影响因素对边缘降的影响程度都大于对中心板凸度的影响.说明带钢边部对轧制因素的变化更敏感 关键词UCMW轧机：板形：边缘降：控制性能 分类号TG333.71 板形质量控制是板带生产的重要方面，现今冷 是计算速度快、精度较高且能与其他高级软件做外 轧带钢的凸度精度已基本满足用户要求，平坦度控 部接口.图1是针对UCMW轧机所建立的辊系弹 制达到5~101(1I=10-5)的高控制水平.然而，板 性变形的计算模型图-]， 带的边缘降控制水平一直未能有突破性进展，普通 板带材的切边量徘徊在20~30mm(单边)，高端产 品如电工钢、造币钢的切边量则达到50mm以上， 这不仅严重降低板带材的成材率，还增大了轧制过 程中的能源消耗，成为近年来业界关注的问题，边 缘降控制丰富了板形控制的内容，但是与已高度发 展的凸度和平坦度控制相比，边缘降控制正处于起 步阶段，是板形控制的薄弱环节，国内外对边缘降控 制的报导甚少-.本文建立了UCMW冷轧机辊 图1 UCMW轧机辊系计算模型 系与轧件一体化仿真模型，对UCMW轧机的边缘 Fig-I Roll deformation model for a UCMW cold mill 降控制性能和影响因素进行分析，为板形控制功能 1.2轧件塑性变形模型 的不断完善以及边缘降控制的推广应用奠定基础. 轧件塑性变形过程是决定带材最终板形特性的 1仿真模型的建立 重要环节.对板形控制来说，研究带钢塑性变形最 重要的目的是建立轧制力和前后张力横向分布的数 为了深入研究带材板形特性中的边缘降特性， 学模型.边缘降的产生不仅取决于工作辊的挠曲和 必须建立轧辊与轧件变形的一体化模型，模拟轧制 压扁，还取决于轧件边缘附近的三维塑性变形而引 中的板形生成过程，解析边缘降的生成机理.本文 起金属的横向流动，本文选择三维差分的方法计算 以配备有KWRS边缘降控制技术的UCMW冷轧 轧件的塑性变形，其基本思想是把变形区纵向和横 机为研究平台，建立适应冷轧宽带钢轧制的三维解 向的平衡微分方程都取差分形式，然后与塑性条件、 析模型.仿真模型的建立同时考虑辊系的弹性变形 塑性流动方程、体积不变条件和边界条件等联立，用 和轧件的塑性变形 数值法和迭代法求出三向应力在变形区的分布和板 1.1辊系弹性变形模型 宽边缘形状曲线8] 辊系弹性变形的计算采用北京科技大学陈先霖 1.3辊系与轧件一体化仿真模型 院士开发的二维变厚度有限元模型，此模型的特点 辊系与轧件一体化模型是将辊系弹性变形模型 和轧件塑性变形模型进行联立，通过辊系弹性变形 收稿日期：2006-07-10修回日期：2007-01-04 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。,50675021) 模型计算轧件出口处的厚度分布，由所得的横向厚 作者简介：周晓敏(1975-)，女，讲师 度分布进行轧件三维塑性变形模型计算，再将计算UCMW 轧机的边缘降控制性能和影响因素分析 周晓敏1） 张清东1） 王长松1） 吴 平2） 1） 北京科技大学机械工程学院‚北京100083 2） 宝钢股份公司冷轧厂‚上海200940 摘 要 建立了 UCMW 冷连轧机辊系与轧件一体化仿真模型．由工作辊弯辊、中间辊弯辊、工作辊轴向移位、中间辊轴向移 位确定不同仿真工况‚分析了各调控手段对带钢中心凸度和边缘降的调控能力．详细研究了带钢厚度、张力、压下率、变形抗 力等对边缘降的影响．结果表明‚工作辊弯辊对带钢中心凸度的控制能力最强‚工作辊轴向移位对带钢边缘降的控制能力最 强‚各影响因素对边缘降的影响程度都大于对中心板凸度的影响．说明带钢边部对轧制因素的变化更敏感． 关键词 UCMW 轧机；板形；边缘降；控制性能 分类号 TG333∙71 收稿日期：20060710 修回日期：20070104 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．50675021） 作者简介：周晓敏（1975—）‚女‚讲师 板形质量控制是板带生产的重要方面．现今冷 轧带钢的凸度精度已基本满足用户要求‚平坦度控 制达到5～10I（1I＝10—5）的高控制水平．然而‚板 带的边缘降控制水平一直未能有突破性进展‚普通 板带材的切边量徘徊在20～30mm（单边）‚高端产 品如电工钢、造币钢的切边量则达到50mm 以上． 这不仅严重降低板带材的成材率‚还增大了轧制过 程中的能源消耗‚成为近年来业界关注的问题．边 缘降控制丰富了板形控制的内容‚但是与已高度发 展的凸度和平坦度控制相比‚边缘降控制正处于起 步阶段‚是板形控制的薄弱环节‚国内外对边缘降控 制的报导甚少［1—4］．本文建立了 UCMW 冷轧机辊 系与轧件一体化仿真模型‚对 UCMW 轧机的边缘 降控制性能和影响因素进行分析‚为板形控制功能 的不断完善以及边缘降控制的推广应用奠定基础． 1 仿真模型的建立 为了深入研究带材板形特性中的边缘降特性‚ 必须建立轧辊与轧件变形的一体化模型‚模拟轧制 中的板形生成过程‚解析边缘降的生成机理．本文 以配备有 K—WRS 边缘降控制技术的 UCMW 冷轧 机为研究平台‚建立适应冷轧宽带钢轧制的三维解 析模型．仿真模型的建立同时考虑辊系的弹性变形 和轧件的塑性变形． 1∙1 辊系弹性变形模型 辊系弹性变形的计算采用北京科技大学陈先霖 院士开发的二维变厚度有限元模型．此模型的特点 是计算速度快、精度较高且能与其他高级软件做外 部接口．图1是针对 UCMW 轧机所建立的辊系弹 性变形的计算模型图［5—7］． 图1 UCMW 轧机辊系计算模型 Fig．1 Roll deformation model for a UCMW cold mill 1∙2 轧件塑性变形模型 轧件塑性变形过程是决定带材最终板形特性的 重要环节．对板形控制来说‚研究带钢塑性变形最 重要的目的是建立轧制力和前后张力横向分布的数 学模型．边缘降的产生不仅取决于工作辊的挠曲和 压扁‚还取决于轧件边缘附近的三维塑性变形而引 起金属的横向流动．本文选择三维差分的方法计算 轧件的塑性变形‚其基本思想是把变形区纵向和横 向的平衡微分方程都取差分形式‚然后与塑性条件、 塑性流动方程、体积不变条件和边界条件等联立‚用 数值法和迭代法求出三向应力在变形区的分布和板 宽边缘形状曲线［8—9］． 1∙3 辊系与轧件一体化仿真模型 辊系与轧件一体化模型是将辊系弹性变形模型 和轧件塑性变形模型进行联立‚通过辊系弹性变形 模型计算轧件出口处的厚度分布‚由所得的横向厚 度分布进行轧件三维塑性变形模型计算‚再将计算 第29卷 第4期 2007年 4月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．4 Apr．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．04．010